[发明专利]一种介质多尺度结构电磁散射场获取方法及装置

说明书

本发明涉及基于自适应离散射线追踪的均匀介质RCS仿真技术。本发明的一种介质多尺度结构电磁散射场获取方法包括：将可见三角面元分割为若干个子面元，并在每个子面元上确定一个点用于定位射线，剔除无效射线；对于平板结构，令入射射线按照50％的概率发生反射，并对弹跳后的射线功率进行2倍加权处理；对于曲面结构，将入射射线一分为二；对于弹跳至某子面元上的射线，对入射场幅度进行加权，以该子面元作为等效积分区间来计算该射线在本次弹跳中的散射场贡献，将所有射线的散射场贡献叠加，得到介质多尺度结构的电磁散射总场。本发明的一种介质多尺度结构电磁散射场获取装置包括射线初始化模块、自适应射线追踪模块和远区散射场计算模块。

技术领域

本发明涉及电磁散射计算领域，尤其涉及基于自适应离散射线追踪的均匀介质雷达散射截面(RCS)仿真方法。

背景技术

射线弹跳法(SBR)是解决复杂金属目标表面多次反射和介质目标透射问题的常用方法，其基本原理是将照射到物体表面的电磁波分解为独立的射线管，然后追踪每根射线管在目标上的反射/透射路径，采用几何光学(GO)法计算电磁波在物体内部的反射/透射，采用物理光学(PO)法计算接收方向可见的面元散射场。SBR方法在计算实现中的主要难点是如何处理射线管分裂带来的误差。为了保证计算精度，传统的SBR要求射线管尺寸在1/10波长以内，对于复杂介质结构，存在射线管数量过大导致的内存和效率瓶颈。主流的改进方法采用自适应孔径划分实现对射线管分裂的精细化处理，并结合计算机图形学加速技术进一步提升计算效率。这类方法可以采用较粗的初始射线管，但对于复杂结构或介质目标，射线数会随着射线管的分裂而急剧上升。此外，基于射线密度归一化(RDN)的弹跳射线法摒弃了追踪射线管的方式，而是将入射波等效为大量均匀分布的随机离散射线，每根射线携带相同的能量，虽然避免了对射线管分裂的处理，但为了实现复杂结构或严重斜投影下的准确计算，也要求射线管尺寸在1/10波长以内，计算效率和内存需求限制了其在工程中的应用。

因此，针对舰船、飞机等包含介质结构的实际电大隐身目标，亟需一种新的SBR实现技术，以突破计算效率和内存需求的瓶颈问题，满足实际工程应用中的计算需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于现有电大隐身目标的电磁散射特性计算过程中，由于射线管分裂导致计算效率低以及内存需求大，针对现有技术中的缺陷，提供一种介质多尺度结构电磁散射场获取方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种介质多尺度结构电磁散射场获取方法，所述方法包括：

射线初始化：将每个可见三角面元分割为若干个子面元，并在每个子面元上确定一个点用于定位射线，剔除与不可见子面元相关的射线；

自适应射线追踪：对于平板结构，令入射射线按照50％的概率发生反射，并对反射或折射后的射线功率进行2倍加权处理；对于曲面结构，将一根入射射线分为一根反射射线和一根折射射线；

远区散射场计算：对于弹跳至某个三角面元上的射线，判断该射线在该三角面元上的入射点所属的子面元，当该子面元在接收点处可见时，对入射场幅度进行加权，加权因子为q表示子面元编号，S表示该子面元的面积，良示射线入射方向单位矢量，表示子面元法向矢量，并以该子面元作为等效积分区间来计算该射线在本次弹跳中的散射场贡献，将所有可见子面元上的所有射线的散射场贡献进行叠加，得到介质多尺度结构的电磁散射总场。

可选地，所述射线初始化的过程中，每个可见三角面元被分割为m²个子三角面元。

可选地，所述射线初始化的过程中，将每个子三角面元的重心作为射线的入射点。

可选地，所述剔除与不可见子面元相关的射线包括：

通过射线投射法计算每个子三角面元的重心在入射方向的可见性，据此筛选出由面元间相互遮挡造成的不可见子面元，然后剔除与所述不可见子面元相关的射线。